الروبوتات الناعمة ذاتية الشفاء: آفاق جديدة في الإصلاح المعتمد على الذكاء الاصطناعي

اختراق في مجال الروبوتات: روبوتات ذاتية الشفاء مستوحاة من علم الأحياء

قدّم فريق من المهندسين من جامعة نبراسكا-لينكولن روبوتًا قادرًا على الإصلاح الذاتي، قادر على اكتشاف الأضرار وإصلاحها تلقائيًا. قد يُسهم هذا الجهاز في إطالة عمر أنظمة الروبوتات والأجهزة الإلكترونية المستقبلية. إليكم كيف يُمكن أن تصبح الروبوتات ذاتية الإصلاح هي السائدة، وتُساعد في تقليل الهدر، وتحسين الأداء، وفتح آفاق جديدة للابتكارات المستقبلية.

تبدو فكرة شفاء الروبوت بحد ذاتها ضربًا من الخيال العلمي، ولكن مع التطورات الحديثة في الذكاء الاصطناعي وغيره من التقنيات، يرى العديد من الباحثين أن هذا المسار هو الخيار الأمثل. عندما تفكر في روبوت قادر على الشفاء ذاتيًا، قد تتخيل جهازًا صلبًا يمسح جسمه، ويحدد مكان التلف، ثم يُصلحه باستخدام أداة مدمجة أو أجهزة أخرى.

تكمن مشكلة هذا المفهوم في أنه يتطلب من الروبوت الوصول إلى مواد إضافية لإتمام عملية الإصلاح. وليس من المفترض أن يحمل الروبوت قطع غيار لكل مكون. وبالتالي، لا يمكن تطبيق هذا المفهوم إلا في حالات محدودة للغاية حيث تتوفر قطع الغيار.

تقليد الطبيعة

بفهم هذه القيود، تطلع العلماء إلى قدرات الجسم البشري على الشفاء بحثًا عن حل أفضل. عندما تُصاب بإصابة، يكون جسمك قادرًا على الشفاء بمرور الوقت. ما دامت الإصابة ليست شديدة جدًا، يستطيع جسمك التعرف على المشكلة، كجرح صغير مثلاً، ويخصص موارده لعلاجها. في غضون أيام أو أسابيع قليلة، تُشفى الإصابة تمامًا مع ندبات طفيفة.

دراسة جديدة حول الروبوتات الناعمة ذاتية الشفاء تُنشر في مؤتمر ICRA 2025

إدراكًا لضرورة اتباع نهج جديد لتمكين الروبوتات ذاتية الشفاء، بدأ فريق من المهندسين بدراسة حلول روبوتية أقرب إلى الإنسان. قادهم هذا البحث إلى نشر الدراسة.¹ "العضلات الاصطناعية الذكية ذاتية الشفاء: آليات اكتشاف الضرر وإصلاح أضرار الثقوب بشكل مستقل في الروبوتات الناعمة"في مؤتمر IEEE الدولي للروبوتات والأتمتة لهذا العام.

يتناول هذا التقرير المُغيّر استخدام الروبوتات اللينة كوسيلة لإنجاز مهام الإصلاح الذاتي. تختلف الروبوتات اللينة عن الخيارات التقليدية في أنها تستخدم مكونات مرنة تُمكّنها من تغيير شكلها وحجمها، مما يُمكّنها من إنجاز مهام فريدة مثل التحوّل للتنقل عبر أنبوب رفيع.

استخدم المهندسون المحاكاة الحيوية لتصميم روبوت ناعم يشبه جسم الإنسان من حيث الطبقات. بدأوا بتقديم بنية متعددة الطبقات. يعتمد هذا النهج على طبقات متنوعة تؤدي مهامًا مختلفة، لكنها تعمل معًا لتمكين الروبوت من محاكاة المرونة التكيفية للكائنات الحية.

المصدر - جامعة نبراسكا - لينكولن

طبقة التشغيل: كيف تتحرك الروبوتات ذاتية الشفاء

الطبقة الخارجية هي طبقة التشغيل. هذه الطبقة العلوية هي التي تُمكّن المُشغّل من الحركة. تعتمد على جيوب صغيرة تُملأ بالماء المضغوط لبدء الحركة. يُعدّ هذا النهج مثاليًا للروبوتات اللينة، إذ يُغني عن المحركات أو المكونات الصلبة الأخرى التي تُحدّ من قدرات الروبوتات اللينة.

شرح طبقة البلاستيك الحراري ذاتية الشفاء

الطبقة التالية أكثر صلابةً لأنها تحتوي على إلاستومر حراري بلاستيكي ذاتي الشفاء. هذه الطبقة مسؤولة عن إدخال هجرة كهربائية وآليات حرارية لخلق فجوات فيزيائية حيث تسببت الطبقات التالفة في تناقضات كهربائية اكتشفتها الطبقة السفلية.

الجلد الإلكتروني: طبقة استشعار الضرر

الطبقة السفلية من هيكل هذا الروبوت الناعم عبارة عن جلد إلكتروني مكون من قطرات جزيئية دقيقة مدمجة في إلاستومر سيليكوني. يعمل هذا النهج كجهازك العصبي، إذ يستخدم التيار الكهربائي لمراقبة استمرارية السطح.

على وجه التحديد، توجد قطرات معدنية سائلة دقيقة مدمجة في إلاستومر السيليكون تُنشئ مسارات موصلة. عند اكتشاف أي ضرر، يستطيع النظام تحديد موقعه وإبلاغ الطبقة الوسطى، التي تبدأ بدورها عمليات الشفاء الذاتي.

كيف تكتشف الروبوتات ذاتية الشفاء الأضرار وتصلحها

يتعرف النظام على هذه البصمة الكهربائية كدليل على التلف، مما يُفعّل تيارًا كهربائيًا أعلى في المنطقة. يعمل هذا التيار كآلية تسخين، حيث يُسخّن المنطقة التي تعاني من تذبذبات كهربائية ناتجة عن التلف.

ثم تُصهر العملية وتُعيد سد الطبقة الوسطى، ومن خلال الهجرة الكهربائية، تعود ذرات المعدن إلى حالة منفصلة، ​​مما يُزيل القصر الكهربائي ويُسد الجرح. والجدير بالذكر أن الهجرة الكهربائية كانت تُعتبر دائمًا عائقًا بسبب الفجوات، مما يُؤدي إلى توقف التيار.

تُمثل هذه الدراسة أول مرة تُعتبر فيها هذه العملية ذات فائدة في تلبية احتياجات التوصيل. يُمكّن الجمع بين الهجرة الكهربائية وتأثير جول المُسخّن الجهاز من إعادة ضبط المنطقة المتضررة بفعالية والتخلص من تذبذبات التيار في آنٍ واحد. كما يضمن قدرة الروبوت ذاتي الشفاء على إصلاح نفسه عدة مرات دون مشاكل.

كيف اختبر الباحثون نظام الروبوت القادر على الشفاء الذاتي

أجرى المهندسون سلسلة من الاختبارات لمعرفة ما إذا كان روبوتهم ذاتي الشفاء قادرًا على الأداء المتوقع. بدأ الفريق بتجهيز الجهاز بأقطاب كهربائية لقياس التغيرات بدقة. ومن ثم، طبّقوا أنواعًا مختلفة من الضرر، شملت ضغطًا شديدًا وقطعًا.

نتائج تجارب الروبوتات ذاتية الشفاء

تمكّن الروبوت الناعم ذاتي الشفاء من اكتشاف الضرر تلقائيًا وبدء عملية الشفاء الذاتي. طبّق الجهاز تيارًا كهربائيًا منخفضًا بشدّة 0.25 أمبير كل 10 ثوانٍ حتى بدء الانتقال الحراري. ثم تكررت العملية 6 مرات لكل اختبار، مما أتاح مراقبة دقيقة لإصلاح الضرر في عدة سيناريوهات.

فوائد الروبوتات الناعمة ذاتية الشفاء

تُقدم الإلكترونيات ذاتية الإصلاح فوائد عديدة. أولًا، تُساعد على تحسين عمر الأجهزة الكهربائية. فمع كثرة مكبات النفايات المليئة بالإلكترونيات التالفة، تُوفر الروبوتات اللينة ذاتية الإصلاح حلاً أفضل لإصلاح التلف في الموقع، مما يُقلل التكاليف ويُقلل من وقت التوقف عن العمل.

تطبيقات ومستقبل الروبوتات ذاتية الشفاء

من المتوقع أن تُحدث دراسة الروبوتات ذاتية الشفاء ثورةً في قطاع الروبوتات. فهناك العديد من القطاعات التي تعتمد على الروبوتات، ويتزايد استخدام الطائرات بدون طيار ذاتية القيادة وغيرها من الأجهزة. وبالتالي، قد تكون قدرات الشفاء الذاتي هي ما نحتاجه تمامًا للارتقاء بالأداء وطول العمر إلى مستوى أعلى.

الروبوتات ذاتية الشفاء في مجال الروبوتات والاستكشاف

من البديهي استخدام هذه الاكتشافات في قطاع الروبوتات. تُعدّ الروبوتات القادرة على الشفاء الذاتي مثالية لمهام الاستكشاف والبحث والإنقاذ. أي مكان قد يواجه فيه الروبوت جسمًا قد يُشكّل خطرًا، مثل غصن أو صخرة حادة، يُناسب الروبوتات القادرة على الشفاء الذاتي أكثر من الوحدات الصلبة التقليدية.

التكنولوجيا القابلة للارتداء: استخدام جديد للمواد ذاتية الشفاء

مجال آخر قد تكون فيه هذه التقنية مفيدة هو قطاع الأجهزة القابلة للارتداء. تتعرض هذه الأجهزة، مثل الساعات الذكية، لقدر كبير من الاستخدام اليومي. يجب تصميم هذه الأجهزة لتتحمل الاستخدام اليومي المتواصل لمستخدميها، وما يصاحبه من صدمات وخدوش غير متوقعة. قد تكون الأجهزة القابلة للارتداء ذاتية الإصلاح الحل الأمثل.

متى ستصبح الروبوتات ذاتية الشفاء متاحة؟

من المتوقع أن نرى الروبوتات ذاتية الإصلاح تدخل السوق خلال السنوات الخمس إلى العشر القادمة. يُعد قطاع الروبوتات الناعمة قطاعًا سريع النمو، وقد بدأ مؤخرًا في اكتساب زخم. ومن المؤكد أن هذه الأجهزة ستحظى بدعم أكبر مع ازدياد فهم فوائدها وقدراتها.

باحثون في مجال الروبوتات ذاتية الشفاء

أُجريت دراسة الروبوتات ذاتية الشفاء من قِبل مهندسين من جامعة نبراسكا-لينكولن. ويُذكر أن إريك ماركفيكا، وإيثان كرينجز، وباتريك ماكمانيجال هم المساهمون الرئيسيون فيها. والجدير بالذكر أن تقرير الروبوتات ذاتية الشفاء كان واحدًا من 39 بحثًا فقط من أصل 1,606 أبحاث مُقدمة، اختيرت لجائزة ICRA لأفضل بحث لعام 2025.

ومن الجدير بالذكر أن المهندسين تلقوا دعماً إضافياً من مؤسسة العلوم الوطنية، وبرنامج وكالة ناسا في نبراسكا لتحفيز الأبحاث التنافسية، وصندوق تطوير الأبحاث الطبية الحيوية لمستوطنات التبغ في نبراسكا.

الاستثمار في سوق الروبوتات

يُعد قطاع الروبوتات من أكثر القطاعات ابتكارًا في السوق. وتتنافس العديد من الشركات على ابتكار روبوتات من الجيل القادم قادرة على حل بعضٍ من أكثر قضايا العالم إلحاحًا. إليكم شركة رائدة في هذا المجال.

ABB المحدودة

ABB المحدودة (ABB ) شركة ABB رائدة عالميًا في مجال التكنولوجيا، مقرها سويسرا. تركز بشكل كبير على الكهربة والأتمتة والروبوتات. تأسست عام ١٩٨٨ من خلال اندماج ASEA (السويد) وBrown, Boveri & Cie (سويسرا)، ونمت لتصبح واحدة من أكثر الشركات تأثيرًا في قطاع الروبوتات الصناعية.

لطالما طوّر قسم الروبوتات في الشركة آفاق الأتمتة من خلال الأذرع الروبوتية المتطورة، والروبوتات التعاونية (cobots)، وحلول التصنيع المرنة. ويتماشى التزام ABB بالروبوتات التكيفية تمامًا مع التقنيات الناشئة، مثل المحركات اللينة، والمواد الذكية، وأنظمة الشفاء الذاتي - وهي الابتكارات ذاتها التي استُكشفت في دراسة جامعة نبراسكا-لينكولن.

في السنوات الأخيرة، عززت شركة ABB استثماراتها في الروبوتات الذكية والصديقة للإنسان من خلال شراكات مع مؤسسات أكاديمية واستحواذات على شركات ناشئة في مجال الأتمتة القائمة على الذكاء الاصطناعي. وتُجسّد روبوتات GoFa وYuMi التعاونية التابعة للشركة استراتيجيتها لتطوير روبوتات يمكنها العمل جنبًا إلى جنب مع البشر بأمان - روبوتات يمكنها الاستفادة بشكل كبير من المواد ذاتية الإصلاح لتحسين مرونتها وتقليل فترات التوقف. ومع توجه الصناعات نحو أنظمة أكثر استقلالية ومرونة ومقاومة للأضرار، تقف ABB في طليعة تمكين هذه الموجة الجديدة من الروبوتات.

قد يرغب المستثمرون الذين يتطلعون إلى الحصول على تعرض مبكر لطفرة الروبوتات الناعمة في تتبع شركات مثل ABB أو متابعة الشركات الناشئة في مجال المواد المتقدمة.

أحدث أخبار وتطورات أسهم ABB (ABB)

الروبوتات الناعمة ذاتية الشفاء - زميلك القادم في العمل

يتزايد السعي نحو ابتكار روبوتات ناعمة قادرة على اكتشاف الإصابات ومعالجتها ذاتيًا. يرى المصنعون هذه الأجهزة حلاً مثاليًا للعالم جنبًا إلى جنب مع البشر دون التسبب في مخاطر إضافية. وعند إضافة القدرة على اكتشاف الإصابات ومعالجتها ذاتيًا، تُحدث هذه الأجهزة نقلة نوعية.

تعرف على المزيد من الاكتشافات الرائعة في مجال الروبوتات اضغط هنا.

الدراسات المشار إليها:

^{1. كرينجز، إي جيه، مكمانيجال، بي، وماركفيكا، إي جيه (2025). العضلات الاصطناعية الذكية ذاتية الشفاء: آليات الكشف عن الأضرار والإصلاح الذاتي لأضرار الثقب في الروبوتات الناعمة. وقائع المؤتمر الدولي لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات لعام 2025 حول الروبوتات والأتمتة (ICRA)، 2591-2598. https://smr.unl.edu/papers/Krings_et_al-2025-ICRA.pdf}